5月12日那天,印度发生了奇怪的事件:据海外网转载印媒报道,当地时间5月12日下午,三个神秘的金属球伴随着巨响从天而降,分别落在了古吉拉特邦阿南德地区的三个村庄附近,相距都在15公里以内。在这次事件中没有人受伤,也没有财产损失,只是把当地人吓了一跳,还以为是发生了地震。
坠落在印度村庄的金属球状物
那么这三个金属球到底是什么呢?会不会是陨石或者UFO?从照片来看,这些金属球明显属于人造物品,可以排除陨石或者外星来客的可能性,几乎能断定就是人类航天器的残骸!问题是这几个金属球属于火箭的哪一部分呢?
金属球的外形
从外形来看,非常像是火箭上的高压气瓶。气瓶在航天领域的应用很多,例如液体火箭有时会利用高压气瓶来增加燃料贮箱的压力,以便将燃料输送到发动机。还有些航天器直接就使用高压气体作为动力,也需要气瓶来储存。由于球形容器的耐压能力最好,所以高压气瓶常做成球形,并且质量较大,强度较高,在坠入大气层时不易被烧毁。
既然基本能确定落在印度村庄是火箭残骸,那么下一个问题就是这枚火箭的身份:是哪个国家发射了它呢?该事件发生后,马上就有国外专家怀疑上了中国的长征火箭:
运载火箭使用的增压气瓶
哈佛-史密森尼天体物理中心的太空观察员Jonathan McDowell发文宣称:2021年9月发射的CZ-3C Y86火箭第三级的最终轨道,由于近地点的高度非常低(低于100公里),因此受阻力影响而快速变化,但它和5月12日再入古吉拉特邦的残骸碎片非常匹配。
那么这个Jonathan所怀疑的CZ-3C Y86火箭是何方神圣呢?他应该是搞错了编号,正确的写法是CZ-3B Y86,即长征三号乙遥86火箭。这枚长征火箭是2021年9月9日在我国的西昌卫星发射中心发射升空的,将中星9B通信卫星送入了预定轨道,是长征系列火箭的第388次飞行。
Jonathan McDowell怀疑残骸属于长征三号乙
中星9B是一颗地球静止轨道卫星,轨道倾角只有0.1°,几乎就是在赤道上空,轨道高度接近3万6千公里。而长征三号乙首先会将卫星发射到远地点比较高,而近地点比较低的地球同步转移轨道,火箭的第三级在星箭分离后也就暂时留在了这个轨道上。
那么问题来了:坠落在印度村庄的火箭残骸,为什么会被怀疑是长征三号乙遥86火箭呢?如果真是它的话,为什么在火箭发射8个月之后才返回地球呢?带着这两个问题,咱们再来看看这枚长征三号乙火箭的轨道。
发射中星9B卫星的长征三号乙遥86火箭
标准的地球同步转移轨道的特点是远地点很高,大约是3万6千公里,而近地点比较低,一般仅在200公里左右。在这样低的轨道高度上,会受到地球高层稀薄大气的阻力,不断消耗火箭的能量,使其高度持续降低,最终坠入大气层。
因此,长征三号乙在发射8个月后坠入大气层,是完全有可能的。由于发射地点西昌并不在赤道上,因此火箭的最终轨道会有一个倾角,不会一直在赤道上方飞行。根据轨道碎片跟踪与再入预告信息查询网站aerospace.org的信息,长征三号乙遥86的第三级已经再入大气层,并且在UTC时间5月12日2点09分,aerospace.org还给出了火箭的再入时间和轨迹预测。
aerospace.org对再入时间的预测
由于火箭残骸的形状不规则,受到的大气层阻力也在不断变化,因此很难准确地预测出它的再入轨迹,误差还是比较大的。而从下面的aerospace.org预测图的黄线走向趋势可以看出,火箭残骸确实有可能坠落到印度的古吉拉特邦。
长征三号乙遥86第三级的再入轨迹预测
需要说明的是,以上都还只是推测,并不能完全确定这3个金属球就属于长征三号乙火箭,除非坠落的部件上有能够准确表明身份的信息。这次事件并没有造成人员伤亡和财产损失,不过假如这些残骸真的属于长征三号遥86火箭,并且再假如它们砸到了地面上的房屋或人员,造成了伤亡和损失的话,我们需不需要赔偿呢?
这事倒也是有规则可依的,1988年我国加入了《外空物体所造成损害的国际责任公约》,其中就对各国发射的物体重返大气层造成损失时的责任进行了规定。该公约第二条明确规定:发射国对其外空物体在地球表面及对飞行中之航空机所造成之损害,应负给付赔偿之绝对责任。
由此可见,如果火箭残骸真的对别国造成了损失的话,发射国确实是需要赔偿的。但是火箭砸到人这种事,发生的概率非常低,因为地球表面实在是太大了,而且有71%的区域还是海洋,即使残骸碰巧落在了29%的陆地区域,大部分也是野外的无人地带,要想砸到一个人,真的是非常罕见的事情。
目前有据可查的唯一一个被火箭残骸砸到的人,是美国的Lottie Williams。1997年,时年48岁的Lottie女士在公园锻炼身体时,被一块6英寸长的黑色金属材料击中了肩膀。不过她当时并没有受伤,因为这块碎片的速度已经降得很低了。
击中Lottie Williams的火箭碎片
不过凡事无绝对,万一哪天有个火箭碎片落在了人口稠密的地区,还是有可能造成损失的,即使没伤到人,将房子砸坏需要赔偿。我国的西昌、酒泉、太原等卫星发射中心都位于内陆,在发射时火箭的第一级以及助推器的落区一般也在陆地上,很难完全避开有人烟的地方,因此虽然在发射前会进行人员疏散,但也发生过残骸砸中房屋的事件。
例如在2013年12月2日1时30分,搭载嫦娥三号的长征三号乙运载火箭发射升空,大约9分钟后,一级火箭残骸坠落在湖南省邵阳市绥宁县,砸中了两户村民的房屋,但没有造成人员伤亡。事后两户村民均获得了赔偿。
那么有没有什么办法能避免火箭砸到人呢?对于一级火箭和助推器来说,可选择的方法有很多种,比如尽量将火箭的落区规划在人烟稀少的地区,或者将发射中心建在海边(例如我国的文昌发射中心),将火箭朝大海的方向发射,残骸直接落在海洋里,伤人的概率就可以忽略不计了。
文昌发射中心位于海边
如果实在避不开陆地的话,还有个办法就是主动控制残骸的落点,缩小落区的面积,以降低造成伤亡的概率。例如在2019年,长征二号丙火箭就进行了栅格舵分离体落区安全控制技术试验,利用栅格舵来控制一级火箭残骸的落点,使之避开人口稠密的地区。
除了栅格舵之外,我国还在2021年发射风云四号B卫星时,开展了助推器落区控制验证试验,这次使用的是面积达300平米的可控翼伞,可将助推器落区面积缩小70%。
用翼伞控制助推器落区
但这些措施都只能尽量控制落区位置和范围,并不能完全精准地让火箭残骸坠落在事先设定好的某一个点上,还是存在伤人的可能性。但美国SpaceX公司的猎鹰9号,通过火箭回收技术,却能够做到精确控制一级火箭的落点。
猎鹰9号的一级火箭装有栅格翼,以及可调节推力的发动机。在第二级分离后,一级火箭会调转方向,再使用发动机和栅格翼,以及空气阻力的减速效果,可以实现精准地返回发射场或是海上的回收平台,实现垂直软着陆。这就基本上杜绝了一级火箭坠落伤人的可能性。
猎鹰9号回收时发动机在工作
不过,虽然一级火箭可以做到控制落区,甚至是精准着陆回收,但二级、三级火箭的受控坠落却比较难实现。这是因为第一级火箭在分离时的速度、高度都不太大。以猎鹰9号为例,分离时的速度在6000~7000公里/小时左右,高度约60~80公里,此时依靠主发动机用剩余的燃料再次点火来实现着陆,是完全能够做到的。
猎鹰9号第一级海上回收
但火箭的第二级或第三级(也被称为上面级),往往是要跟随卫星一起入轨的,速度能达到或接近第一宇宙速度7.9公里/秒,高度则可达到几百上千甚至上万公里,这时候的火箭残骸将会环绕地球运行,如果不加控制的话,它坠落回地球的时间将大大延长,可能有几个月,也可能是几年几十年,甚至永远不回来了。
火箭上面级的速度非常快
由于上面级的速度和高度太大,想要实现像猎鹰9号第一级那样的彻底回收,需要付出极大的燃料成本,会大大降低火箭的运载能力。因此,即使是猎鹰9号,目前也没实现第二级的回收。不过,猎鹰9号第二级倒是拥有受控坠落的能力。
猎鹰9号第二级可以利用剩余的燃料,在合适的时机点火脱离轨道,使其坠落到偏远的海洋中。不过这也是有条件的,那就是轨道比较低,例如在发射星链卫星时。如果发射的目标轨道特别高的话,它的第二级也没有足够的燃料实现受控坠落,将面临和长征三号乙的第三级同样的命运。
2021年3月,因第二级未按计划点火离轨,猎鹰9号残骸坠落在美国华盛顿州
因此,对于需要将卫星发射到同步转移轨道的长征三号乙火箭来说,第三级在完成使命后,正常的操作是通过钝化措施避免产生空间碎片,包括排出剩余推进剂、排出高压气瓶内的气体、消耗掉电池的剩余电量等。
然后等到它再入大气层的时候,由于再入的速度极快,绝大部分残骸将会烧毁,只有很小一部分才有可能落到地面,而且大概率也是落到低纬度的海洋中。如果真有人被砸到的话,这个概率可就比中彩票还低得多了。